Распредвал
В современных автомобилях в основном
используются верхнерасположенные распредвалы. Кулачки распредвала передвигают
клапаны вверх и вниз. Они воздействуют на клапаны напрямую или с помощью очень
короткой тяги. Старые модели двигателей имеют распредвал, расположенный в
картере около коленвала. С помощью штифтов нижняя часть кулачков соединена
с толкателями
клапанов. Подобное устройство имеет большее количество движущихся
частей, поэтому возникает некоторая разница во времени между активацией кулачка
и дальнейшим перемещением клапана. Ремень ГРМ таким образом соединяет
коленвал с распредвалом, чтобы движение клапанов было синхронно с поршнями. Распредвал
вращается со скоростью, которая в 2 раза ниже скорости коленвала. В большинстве
мощных двигателей на каждом цилиндре стоит по 4 клапана (2 впускных и 2
выпускных). В подобной конструкции требуется наличие 2-х распредвалов на блок
цилиндров, поэтому она называется двухраспредвальным
видом головки.
Система зажигания производит электрический разряд
высокого напряжения, а затем от свечи зажигания передает его по соответствующим
проводам. В первую очередь заряд поступает на распределитель. У
него есть один провод, который входит в него в центре, и 4, 6 или 8 проводов (по
количеству цилиндров), которые выходят их него. Это провода зажигания.С их помощью передается заряд на каждую из свечей зажигания. Регулировка
зажигания двигателя произведена так, что за 1 раз искра от распределителя поступает
только на 1 цилиндр. Подобная система обеспечивает максимально равномерную
работу.
Система зажигания
Схема бесконтактной системы зажигания: 1 – катушка зажигания; 2 –
тpанзистоpный коммутатоp; 3 – датчик-pаспpеделитель; 4 – свеча зажигания; 5 –
блок пpедохpанителей; 6 – аваpийный вибpатоp; 7 – добавочное сопротивление.
Условное обозначение pасцветки проводов: Г – голубой; К – кpасный; Ж – желтый;
З – зеленый
Охлаждение, воздухозабор и запуск
двигателя
Большинство автомобилей оборудовано системой
охлаждения, состоящей из водяного насоса и радиатора. Охлаждающая жидкость проходит
через охлаждающую рубашку цилиндров, после чего попадает в радиатор для
охлаждения. В ряде автомобилей и в мотоциклах и газонокосилках применяется воздушное
охлаждение двигателя (такой двигатель имеет ребра на внешней стороне цилиндров,
рассевающие тепло). Вес двигателей с воздушным охлаждением намного меньше, однако
охлаждаются они хуже, поэтому у них меньше срок эксплуатации и
производительность.
Для чего необходима циркуляция
воздуха? Большая часть автомобильных двигателей безнаддувные – воздух проходит по
воздушным фильтрам непосредственно в цилиндры. У более мощных двигателей есть наддув
или турбонаддув, т. е. для увеличения мощности двигателя воздух подается в
двигатель под давлением (чтобы подавать в цилиндр больший объем
топливно-воздушной смеси). Наддувом
называется уровень сжатия воздуха. При турбонаддуве
на выхлопную трубу установлена небольшая турбина, чтобы вращать нагнетающую
турбину с помощью входящего потока воздуха. Турбокомпрессор ставят
непосредственно на двигатель, чтобы осуществлять вращение компрессора.
Система запуска включает в себя электростартер и соленоид
стартера. Когда вы поворачиваете ключ зажигания, стартер
проворачивает двигатель несколько раз, чтобы начался процесс сгорания. Запуск
холодного двигателя осуществляет мощный стартер. Он должен преодолеть:
– собственное трение, которое вызывают
поршневые кольца;
– давление сжатия любого цилиндра в процессе
такта сжатия;
– энергию, которая необходима, чтобы
открывать и закрывать клапаны распредвалом;
– действие деталей, которые установлены
непосредственно на двигателе, – водяного и масляного насосов, генератора и т. д.
Так как необходимо много энергии и в
автомобилях установлена 12-вольтная электросистема, стартер должен получать ток,
равный нескольким сотням ампер. Соленоид
стартера представляет собой большой электронный переключатель, способный
выдержать ток подобной силы. Когда вы поворачиваете ключ зажигания, происходит запуск
соленоида, чтобы питание было подано на стартер.
Смазка, подача топлива, выхлоп и
электросистема двигателя
Когда говорят о повседневном
обслуживании автомобиля, многие водители думают, прежде всего, о количестве
бензина в бензобаке их машины. Так как же бензин заставляет цилиндры работать?
Топливная система с помощью насоса качает горючее из бензобака, после чего в
определенных пропорциях смешивает его с воздухом, чтобы затем обеспечить
поступление топливно-воздушной смеси в цилиндры. Топливо подается тремя способами:
карбюрацией, впрыском во впускные каналы и непосредственным впрыском.
Карбюрация
предполагает работу карбюратора по смешиванию бензина с воздухом в процессе
подачи воздуха в двигатель.
В моторах с
впрыском бензина нужное количество топлива поступает в каждый цилиндр по
отдельности над впускным клапаном (происходит впрыск во впускные каналы) или
непосредственно в цилиндр (непосредственный впрыск).
Масло также очень важно. С помощью системы
смазки
происходит подача масла для свободного движения каждой движущей детали автомобиля.
В первую очередь в смазке нуждаются поршни (чтобы плавно двигаться в цилиндрах)
и подшипники, обеспечивающие вращение коленвала и распредвала. Обычно масло в
автомобилях из поддона картера подается масляным насосом, проходит по масляному
фильтру с целью удаления абразивных частиц, а затем под давлением смазывает
подшипники и стенки цилиндра. После этого оно стекает назад в картер,
собирается там, и цикл повторяется с самого начала.
Имея представление о том, что нужно
заливать в автомобиль, пора узнать, что получается на выходе. Выхлопную систему образуют выхлопная
труба и глушитель. Без последнего из выхлопной трубы доносятся звуки,
напоминающие множество небольших взрывов. Глушитель служит для того, чтобы заглушать
эти звуки. Кроме того, в выхлопную систему входит каталитический дожигатель
выхлопов.
Большая часть современных
автомобилей имеет систему понижения
токсичности выхлопных газов, которая предполагает наличие каталитического
дожигателя выхлопных газов, приводов и датчиков, а также компьютера,
отслеживающего и регулирующего происходящие процессы.Так, с помощью каталитического дожигателя, использующего
катализатор и кислород, происходит сжигание неотработанного топлива и других
химических веществ, которые содержатся в выхлопе. Датчик кислорода регулирует
количество кислорода в выхлопных газах, нужное для работы катализатора, в
случае необходимости производя дополнительную корректировку.
Что питает автомобиль кроме бензина?
Электросистема включает в себя аккумулятор и генератор. Генератор соединен с двигателем с помощью ремня и производит ток, необходимый
для зарядки аккумулятора. Аккумулятор
осуществляет подачу 12 вольт всем системам, которые нуждаются в электропитании
(системе зажигания, радио, фарам, стеклоочистителям, электрическим стеклоподъемникам
и сиденьям с электрическим приводом регулировки, компьютерам и т. д.).
Увеличение мощности двигателя
Есть множество способов, как можно добиться
увеличения мощности двигателя. Производители автомобилей проводят эксперименты,
используя для того, чтобы увеличить мощность двигателя или снизить расход
топлива, следующие параметры.
Увеличение рабочего объема ведет к увеличению мощности, потому что каждый оборот
двигателя способствует сгоранию большего количества топлива. Увеличения рабочего
объема можно добиться, если установить большие по размеру или дополнительные
цилиндры. Однако более 12 цилиндров устанавливать нецелесообразно.
Увеличение степени сжатия также способно увеличить мощность. Однако при слишком
сильном сжатии топливно-воздушной смеси есть риск ее самопроизвольного возгорания
(прежде чем сработает свеча зажигания). Высокооктановый бензин предупреждает
раннее сгорание топлива, поэтому мощные автомобили работают именно на таком горючем.
Увеличение объема подаваемой смеси. Увеличив подачу воздуха (а значит, и топлива) при неизменном
размере цилиндра, тоже можно достичь увеличения мощности. Благодаря турбокомпрессорам
и компрессорам наддува, повышающим давление поступающего воздуха, в цилиндр поступает
больше воздуха.
Охлаждение поступающего воздуха. Сжатие воздуха ведет к повышению его температуры. В
этой связи лучше наладить подачу в цилиндр более холодного воздуха, потому что
высокая температура воздуха способствует меньшему его расширению при сгорании. С
этой целью многие двигатели, оборудованные наддувом и турбонаддувом, используют
охладители воздуха – особые радиаторы,
по которым проходит сжатый воздух, чтобы охладиться перед подачей в цилиндр.
Облегчение подачи воздуха. Когда поршень движется вниз в такте
впуска, с помощью сопротивления воздуха можно снизить мощность двигателя. Для
этого на каждый цилиндр нужно установить два впускных клапана. В ряде
современных автомобилей применяются полированные впускные коллекторы,
помогающие снизить сопротивление воздуха. Установив большие воздушные фильтры, также
можно добиться улучшения подачи воздуха.
Облегчение выпуска выхлопа. Во время выпуска выхлопных газов из цилиндра сопротивлением
воздуха можно снизить мощность двигателя. Это достигается путем установки на
каждый цилиндр 2-х выпускных клапанов (у автомобиля, имеющего два впускных и два
выпускных клапана, на каждый цилиндр установлено по 4 клапана для увеличения
мощности двигателя). В случае слишком узкой выхлопной трубы или слишком высокого
сопротивления воздуха в глушителе создается противодавление, также снижающее
мощность. Чтобы этого избежать, высокоэффективные выхлопные системы используют широкие
выхлопные трубы, выпускные коллекторы и глушители. Раздельная система выпуска
предполагает, что улучшение выпуска отработанных газов достигается путем
использования двух выхлопных труб вместо одной.
Уменьшение массы. Легкие
детали увеличивают эффективность работы двигателя. Изменение направления
движения поршня ведет к затратам энергии на прекращение движения в одну сторону
и начало движения в другую. Конечно, более легкому поршню требуется на это меньшее
количество энергии.
Впрыск топлива. За счет системы
впрыска топлива происходит очень точное распределение бензина между цилиндрами.
Это ведет к увеличению мощности и снижению расхода топлива.
Наиболее распространенные вопросы
В чем отличия бензиновых и дизельных двигателей?
В дизельных двигателях нет свечи
зажигания. Дизельное топливо поступает в цилиндр, возгорание происходит с
помощью тепла и давления в процессе такта сжатия. Оно имеет более высокую энергетическую
плотность, поэтому дизельный двигатель может выдержать больший пробег.
В чем отличия двухтактных и четырехтактных двигателей?
Двухтактные двигатели обычно используются
в бензопилах и лодочных моторах. У двухтактного двигателя нет клапанов, а свеча
зажигания производит искру в том момент, когда поршень доходит до верхней точки
хода. Впуск топлива и воздуха происходит через отверстие, которое находится в
нижней части стенки цилиндра. При движении поршня вверх и сжатии смеси свеча
зажигания дает искру, чтобы начался процесс сгорания, при этом отработанные
газы выходят из другого отверстия в стенке цилиндра. Двухтактные двигатели
требуют смешивания масла с бензином, потому что в отверстиях в стенках
цилиндров не используются уплотнительные кольца для герметизации камеры
сгорания. Несмотря на свои размеры, двухтактные двигатели достаточно мощные, так
как в них за 1 поворот двигателя циклов сгорания происходит в 2 раза больше. Тем
не менее, они потребляют большее количество бензина и масла, тем самым нанося
существенный вред экологии.
Каковы преимущества двигателей внешнего сгорания?
У них есть одно преимущество – в
роли топлива может выступать все, что горит. В частности, паровой двигатель в
качестве топлива использует и уголь, и газеты, и дрова. В отличие от него, двигатель
внутреннего сгорания для своей работы требует исключительно очищенное жидкое
или газообразное топливо высокого качества.
Используются ли в автомобильных двигателях другие циклы, кроме цикла Отто?
Двухтактные и дизельные двигатели
используют иные циклы работы. Например, в двигателе Mazda Millenia используется
цикл Миллера, в газотурбинных двигателях – цикл Брайтона. Дизельные ротационные
двигатели Ванкеля используют цикл Отто, отличающийся от того, что характерен
для четырехтактных поршневых двигателей.
Для чего устанавливают 8 цилиндров?
В силу некоторых причин в двигателе 4
л используется 8 цилиндров, каждый из которых имеет объем 0,5 л, вместо одного
большого 4-литрового цилиндра. Главная из них – равномерность работы. Функционирование
V-образного восьмицилиндрового двигателя более равномерно, потому что в нем
происходит 8 взрывов через равные интервалы, а не один сильный. Еще одна
причина – начальный крутящий момент. Для запуска V-образного восьмицилиндрового
двигателя требуется лишь 2 литровых цилиндра во время их тактов сжатия,
использование одного большого цилиндра влечет за собой сжатие 4 литров.
Каковы отличия между 4-цилиндровым двигателем и V-образным шестицилиндровым?
От количества цилиндров в двигателе во
многом зависит его мощность. У каждого цилиндра есть поршень, движущийся внутри
него, все поршни соединяются с коленвалом и осуществляют его вращение. Увеличение
количества поршней ведет к увеличению количества сгораний топлива в тот или
иной момент времени. То есть за меньший период времени может быть выработана
большая мощность.
4-цилиндровые двигатели, как
правило, отличаются «прямым» или «линейным» расположением цилиндров,
6-цилиндровые – более компактным V-образным расположением, отсюда и их название
– V-образные 6-цилиндровые двигатели. В американских автомобилях чаще всего
установлены именно такие двигатели из-за их большей мощности и бесшумности, а
также легкости и компактности для установки в машине.
Со временем американские
автовладельцы совсем отказались от 4-цилиндровых двигателей, так как они, по их
мнению, медленные, работают неравномерно и дают слабое ускорение. В то же
время, когда японские концерны Honda и Toyota в 1980-х и 1990-х гг. стали устанавливать
мощные 4-цилиндровые двигатели, жителям США они понравились из-за их
компактности. Несмотря на огромный успех японского автомобиля Toyota Camry, в
отличие от аналогичной американской модели, в США продолжали выпускать
автомобили с 6-цилиндровыми двигателями, поскольку считали, что американцы нуждаются
в мощных автомобилях. Сейчас рост цен на бензин и обострившаяся экологическая
ситуация привели к переходу Детройта на 4-цилиндровые двигатели, которые
расходуют мало топлива и выбрасывают в атмосферу меньше выхлопных газов.
В отношении перспектив 6-цилиндровых
двигателей следует отметить тенденцию последних лет к максимальному устранению
различий между двигателями с 4-мя и 6-ю цилиндрами. В соответствии с
требованиями низкого расхода бензина и уровня выхлопных газов производители добились
улучшения работы 6-цилиндровых двигателей. В этой связи различия, касающиеся
эффективности и мощности 4-х и 6-цилиндровых двигателей, постепенно ослабевают,
а принятие решения о приобретении того или иного типа двигателя определяется их
ценой. Автомобильные модели с 4-цилиндровым двигателем стоят до $1000 дешевле,
чем с 6-цилиндровым. То есть 4-цилиндровый двигатель более экономичен, независимо
от мощности автомобиля.
Не пытайтесь поставить 6-цилиндровый
двигатель на машину, где первоначально стоял 4-цилиндровый. Это обойдется
дороже покупки нового автомобиля.
Источник: //nosorog-avto.ru/how_it_works/kak-rabotaet-dvigatel-vnutrennego-sgoraniya/